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基于干式显影和金属掺杂Sb2Te 光刻胶的光刻方法

阅读：67发布：2020-05-08

专利汇可以提供基于干式显影和金属掺杂Sb2Te 光刻胶的光刻方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于干式显影和金属掺杂Sb2Te 光刻胶的光刻方法，包括以下步骤：(1)通过薄膜沉积系统在基片上沉积金属掺杂Sb2Te光刻胶薄膜；(2)利用曝光系统对所述光刻胶薄膜进行曝光，使得曝光区域发生晶化；(3)通过反应离子刻蚀系统进行干法显影，得到最终的微纳结构。本发明的基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法，工艺简单，成本低廉且环境友好，可用于全真空环境的器件制造。，下面是基于干式显影和金属掺杂Sb2Te 光刻胶的光刻方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于干式显影和金属掺杂Sb2Te 光刻胶的光刻方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过薄膜沉积系统在基片上沉积金属掺杂Sb2Te光刻胶薄膜；
(2)利用曝光系统对所述光刻胶薄膜进行曝光，使得曝光区域发生晶化；
(3)通过反应离子刻蚀系统进行干法显影，得到最终的微纳结构。
2.如权利要求1所述的基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法，其特征在于，所述薄膜沉积系统为磁控溅射镀膜机。
3.如权利要求1所述的基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法，其特征在于，所述金属掺杂Sb2Te光刻胶薄膜的厚度为20nm～500nm。
4.如权利要求1所述的基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法，其特征在于，所述金属掺杂Sb2Te光刻胶中，掺杂金属元素选自Cr、Ag、Ti、Al、Fe中的一种。
5.如权利要求4所述的基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法，其特征在于，所述金属的掺杂含量为1～20at％。
6.如权利要求4所述的基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法，其特征在于，掺杂金属靶材通过直流溅射且功率为1～100W，Sb2Te靶材采用射频溅射且功率为1～150W，溅射气压为0.1～4Pa，样品盘转速为1～10r/min，溅射时间为10s～30min。
7.如权利要求1所述的基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法，其特征在于，所述曝光系统为激光直写光刻装置、电子束直写装置或极紫外光刻系统，曝光能量为102～
108mJ/cm2。
8.如权利要求1所述的基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法，其特征在于，所述基片包括石英玻璃、硅片、SiC和GaN。
9.如权利要求1所述的基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法，其特征在于，所述反应离子刻蚀系统采用的显影气体为CF4、CHF3、SF6、O2、Ar或其中两种或三种的组合，各气体流量均为1～100sccm，工作气压为1～200mTorr，功率为1～200W，显影时间为1～
30min。

说明书全文

基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光刻技术领域，具体涉及一种基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法。

背景技术

[0002] 随着信息技术的高速发展，高端芯片的应用领域越来越广泛。而芯片的制造离不开光刻技术，显影是光刻过程中必不可少的一步，光刻胶显影的质量直接影响后续的芯片与器件制备过程。随着光刻技术节点的不断微缩，对显影技术的要求也越来越高。目前，光刻胶的显影主要基于湿式，该方法操作简单，显影剂可重复利用。然而，湿式显影具有各向同性，即在显影过程中光刻胶不仅纵向被腐蚀，横向也会腐蚀，容易导致过显影或显影不彻底；湿式显影也会导致光刻胶的膨胀与收缩降低图形精度、产生缺陷等[《半导体技术》1994年第1期，管会]。因此，研究人员提出采用干法刻蚀技术进行曝光后的显影步骤，但所用光刻胶大多基于有机聚合物材料[J.Electrochem.Soc.1981,128,1065-1071；Polym.Eng.Sci.1983,23,1043-1046；《感光科学与光化学》1986年第2期,页码:1-6,]。有机光刻胶一般采用溶液旋涂方法制备，不仅制备步骤繁琐，涉及烘焙等步骤，而且制备过程对环境不友好。

[0003] 另外，在一些光电子器件的制造过程中，需要尽量避免空气对器件制造的影响，这就要求整个制造过程在全真空环境下进行。这需要光刻胶的制备能在真空环境下实现。Se75Ge25等无机光刻胶由于制备步骤简单，环境友好而受到关注[Appl.Phys.Lett.,1980,
36(1):107-109；J.Vac.Sci.Technol.,B,1998,16(4):1987-1991]。罗先刚等也提出了一种表面等离子体超分辨干法光刻方法[中国发明专利,专利号:ZL 201210107638.6]，该方法在基片上周期性的沉积TeOx/Ag 薄膜作为光刻胶，实现曝光和干法显影。但该方法仍需要采用湿法腐蚀去除残余的Ag薄膜，无法实现全真空环境的器件制造。

[0004] 基于以上考虑，亟需提出一种操作步骤简单、成本低廉且可在全真空环境下操作的光刻方法。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法，工艺简单，成本低廉且环境友好，可用于全真空环境的器件制造。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于干式显影和金属掺杂Sb2Te光刻胶的光刻方法，包括以下步骤：

[0007] (1)通过薄膜沉积系统在基片上沉积金属掺杂Sb2Te光刻胶薄膜；

[0008] (2)利用曝光系统对所述光刻胶进行曝光，使得曝光区域发生晶化；

[0009] (3)通过反应离子刻蚀系统进行干法显影，得到最终的微纳结构。

[0010] 进一步地，所述薄膜沉积系统为磁控溅射镀膜机。

[0011] 进一步地，所述金属掺杂Sb2Te光刻胶薄膜的厚度为20nm～500nm。

[0012] 进一步地，所述金属掺杂Sb2Te光刻胶中，掺杂金属元素选自Cr、Ag、Ti、Al、Fe中的一种。

[0013] 进一步地，所述金属的掺杂含量为1～20at％。

[0014] 进一步地，掺杂金属靶材通过直流溅射且功率为1～100W，Sb2Te靶材采用射频溅射且功率为1～150W，溅射气压为0.1～4Pa，样品盘转速为1～10r/min，溅射时间为10s～30min。

[0015] 进一步地，所述曝光系统为激光直写光刻装置、电子束直写装置或极紫外光刻系2 8 2
统，曝光能量为10～10mJ/cm。

[0016] 进一步地，所述基片包括石英玻璃、硅片、SiC和GaN。

[0017] 进一步地，所述反应离子刻蚀系统采用的显影气体为CF4、CHF3、SF6、O2、Ar或其中两种或三种的组合，各气体流量均为1～100sccm，工作气压为1～200mTorr，功率为1～200W，显影时间为1～30min。

[0018] 本发明的有益效果：

[0019] 本发明基于金属掺杂Sb2Te光刻胶在激光、电子束或极紫外辐射下发生非晶态到晶态的结构转变特点，在显影气体的作用下具有刻蚀选择性，从而在上述光刻胶上得到微纳结构。其优点是：

[0020] 1)金属掺杂Sb2Te光刻胶制备工艺简单，制备过程环境友好，且在真空环境下制备，为全真空环境的器件制造提供了条件；

[0021] 2)与常规的Sb2Te材料相比，金属掺杂显著提高了Sb2Te光刻胶的刻蚀选择性；

[0022] 3)相比于有机光刻胶，采用金属掺杂Sb2Te 相变材料作为无机光刻胶，由于其最小结构单元为原子，能实现原子级的分辨率和精度，且刻蚀边缘粗糙度低。附图说明

[0023] 图1是实施例1中Cr掺杂Sb2Te薄膜的组分表征EDS结果；

[0024] 图2是实施例1中Sb2Te和Cr-Sb2Te薄膜曝光后的表面形貌AFM结果；

[0025] 图3是实施例1中Sb2Te和Cr-Sb2Te干法显影后的样品表面形貌AFM图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

[0027] 实施例1

[0028] 本实施例提供了一种基于干法显影的Cr掺杂Sb2Te光刻胶，为说明干法显影的效果，采用以下步骤实施：

[0029] 1)采用磁控溅射系统在硅片上镀上一层200nm厚的Cr-Sb2Te光刻胶薄膜，其中Cr靶材采用16W的直流电源溅射，Sb2Te靶材采用80W的射频电源溅射。溅射气压为0.8Pa，样品盘的转速为5r/min以保证薄膜厚度均匀，溅射时间10min。作为对比，采用磁控溅射方法制备了未掺杂Sb2Te薄膜。所制备的Cr-Sb2Te薄膜组成如图1的EDS结果所示。

[0030] 2)利用激光直写系统在Sb2Te和Cr-Sb2Te光刻胶上进行曝光，到达光刻胶表面的激光能量密度1×104mJ/cm2且激光波长为405nm，得到的曝光样品表面形貌如图2的AFM结果所示。

[0031] 3)通过反应离子刻蚀系统对曝光后的Sb2Te和Cr-Sb2Te光刻胶进行干法显影，其中Cr-Sb2Te光刻胶所用显影气体为CF4和Ar，气体流量分别为70sccm和30sccm，工作气压为50mTorr，功率为100W，显影时间为10min，且为已知的最优条件；Sb2Te光刻胶所用显影气体为CHF3和O2，气体流量分别为60sccm和2sccm，工作气压为50mTorr，功率为150W，显影时间为
5min，且为已知的最优条件。

[0032] 干法显影后的Sb2Te和Cr-Sb2Te光刻胶表面形貌如图3的AFM结果所示。从图3中可以看出，与Sb2Te光刻胶相比，Cr-Sb2Te光刻胶的表面形貌更加明显，这表明金属掺杂显著提高了Sb2Te光刻胶的刻蚀选择性。

[0033] 实施例2～4

[0034] 实施例2～4的光刻步骤与实施例1一致，光刻胶的制备参数与光刻参数如下表所示。

[0035]

[0036] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

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